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1、分类号 密级 U D C 编号 中国科学院研究生院博士学位论文光电经纬仪电视跟踪、捕获快速运动目标技术的研究王建立指导教师姓名 陈 涛 研究员 长春光学精密机械与物理研究所 申请学位级别 博士 学科专业名称 机械制造及自动化 论文提交日期 2002.02 论文答辩日期 2002.04 培养单位 长春光学精密机械与物理研究所 学位授予单位 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 于前洋 Classified Index Confidential grade U D C Number A Dissertation Submitted to the Academy of Sciences ,for th
2、e Degree of Ph.D. of ScienceStudy on TV tracking system of O-E theodoliteto track and acquire fast moving targetsByWang JianliDirected byProfessor Chen Tao Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,ChinaMarch,2002 摘 要近年来，随着靶场测试目标速度的提高和设备自动化程度的提高，对光电经纬仪电视跟
3、踪伺服系统的跟踪和捕获快速运动目标的能力提出了越来越高的要求。目标速度的提高将会产生大的角速度、角加速度乃至更大的角加加速度，导致光电经纬仪电视跟踪动态误差急剧增大，目标逸出视场，跟踪失败。本论文就如何提高光电经纬仪电视跟踪伺服系统跟踪捕获快速运动目标的能力等一系列问题进行了探讨。论文首先通过理论分析和仿真，分析了传统的评价和检测光电经纬仪电视跟踪伺服系统跟踪精度的方法无法评价光电经纬仪跟踪快速角速度、角加速度运动目标的情况。提出了采用等效目标等几种评价和检验电视跟踪伺服系统精度的方法。提出了加速度滞后补偿的概念，并将其应用到提高电视跟踪稳态精度中；结合电视跟踪器补偿技术，在保证最大跟踪误差不
4、大于3的条件下，将目前的光电经纬仪电视跟踪系统跟踪最大角速度30/s、和最大角加速度12/s2能力，提高到跟踪最大角速度50/s、最大角加速度30/s2。对电视自动捕获跟踪技术进行了初步研究。通过采用多模控制和适当选取捕获时机等技术，取得了1.53视场自动拦截捕获11/s运动目标的结果。 最后对本文提出的理论和方法进行了实验研究，取得了与仿真和理论分析相一致的结果；实际证明了本论文理论分析的正确性和工程应用的价值。关键字：光电经纬仪，电视跟踪，加速度滞后补偿，拦截捕获Abstract Wang Jianli (Machine Manufacture and Automation)Directe
5、d by Chen TaoThe high capability of O-E theodolite to track and acquire fast moving targets is required these years because of the rapid advancement of tested targets and automatization of equipments. It will produce very big angular velocity, angular acceleration and angular jerk when tracking fast
6、 moving targets. This may lead bigger tracking error and fail to track targets. These problems of how to improve the O-E theodolite capability to track and acquire fast moving targets are discussed in this dissertation.The traditional evaluating and testing the tracking precision of O-E theodolite T
7、V tracking system is nearly invalid when O-E theodolite tracking fast moving targets by analyzing in theory and simulating in this dissertation. The equivalent target method and some other methods to evaluate and test the tracking precision of O-E theodolite TV tracking system are brought forward.Th
8、e concept of acceleration delay compensation is put forward in this dissertation. By using acceleration delay compensation and TV tracker compensation technology the tracking capability of O-E theodolite TV tracking system is promoted to track fast moving targets at maximal 50/s angular velocity and
9、 maximal 30/s2 angular acceleration other than maximal 30/s angular velocity and maximal 12/s2 angular acceleration before while the maximal tracking error is still less than 3. TV automatic acquisition technology is studied elementarily. By using multi control models and choosing the proper acquisi
10、tion occasion and other technologies a moving target at 11/s is automatic acquired in 1.53field of view. In the end, the theories and technologies discussed in this dissertation were tested with experiments. The experiment results are much more like the analyzed and simulated results. It verifies th
11、at the theoretical analysis in this dissertation is correct and it is very valuable for engineering.Keywords: O-E theodolite, TV Tracking, acceleration delay compensation, intercepted acquisition 目录摘 要IAbstractII目录IV第一章 绪论11.1光电经纬仪简介11.2快速运动目标对电视跟踪的影响分析21.3 国内外光电经纬仪伺服系统技术发展现状51.4 本论文主要内容及其意义7第二章 光电经
12、纬仪电视跟踪伺服系统设计跟踪精度评价及室内检测方法的研究92.1引言92.2电视跟踪伺服系统设计跟踪精度评价方法的研究92.2.1评价电视跟踪伺服系统设计跟踪精度的动态误差法102.2.2光电经纬仪电视跟踪伺服系统数学仿真模型122.2.3 基于MATLAB/SIMULINK的电视跟踪伺服系统仿真142.3光电经纬仪电视跟踪伺服系统室内检测方法的研究162.3.1等效正弦检测方法162.3.2光学动态靶标检测方法172.3.3等效正弦、等效目标与动态靶标运动轨迹频谱比较192.3.4快速运动目标的室内检测方法的探讨212.3.4.1单轴检测方法212.3.4.2等效目标引导检测方法222.3.
13、4.3光学动态靶标检测与仿真相结合222.4本章总结22第三章 加速度滞后补偿提高光电经纬仪跟踪快速运动目标精度方法的研究233.1引言233.2提高光电经纬仪伺服系统跟踪精度的现有途径233.2.1前馈控制233.2.2速度滞后补偿243.2.3共轴跟踪技术243.2.4动态高型控制方法253.2.5新型控制策略的应用253.3加速度滞后补偿提高光电经纬仪伺服系统跟踪快速运动目标精度方法的研究253.3.1加速度滞后补偿原理263.3. 2加速度滞后补偿提高系统稳态精度分析273.3. 2.1加速度滞后补偿对系统速度、加速度品质因数的影响273.3. 2.2加速度滞后补偿对系统开环频率特性的
14、影响293.3.3加速度滞后补偿方法提高稳态跟踪精度仿真313.3.3.1等效正弦稳态跟踪精度仿真323.3.3.2等效目标稳态跟踪精度仿真333.3.3.3 光学动态靶标稳态跟踪精度仿真353.3. 4加速度滞后补偿对系统速度回路的影响373.3.5加速度滞后补偿对系统动态性能的影响393.4 提高系统动态性能的补偿措施403.4.1 电视跟踪器延时环节补偿423.4.2 电视跟踪器采样保持环节补偿433.5本章总结46第四章 电视跟踪伺服系统快速自动捕获跟踪方法的研究484.1引言484.2提高电视跟踪伺服系统自动捕获跟踪快速运动目标的方法484.2.1增大捕获跟踪视场与采用记忆跟踪484.2.2提高系统动态性能与多模控制技术494.2.3选择合理的捕获跟踪时机514
